I studien, publiceras i tidskriften Fysisk granskning B , forskarna visade att grafen med två skikt, bestående av två lager grafen, var märkbart mjukare än både tvådimensionell (2-D) grafen och tredimensionell (3-D) grafit längs staplingsriktningen.

Detta överraskande resultat skiljer sig från tidigare forskning som visade att 2-D grafen, ett platt enkelskikt av kolatomer arrangerade i en bikakestruktur hade många av samma mekaniska egenskaper som 3D-grafit, som är en naturligt förekommande form av kol som består av en mycket svag stapel med många lager av grafen.

Mätning av styvhet

Grafen är ett 2-D-material, men har 3D-egenskaper som dess styvhet i riktningen "utanför planet", vinkelrätt mot grafenarkens plan.

Beteendet hos π-elektroner i flerlagersgrafen bestämmer dess styvhet utanför planet. I den här studien, forskarna fann att när tvåskiktsgrafen komprimeras utanför planet, vissa π-elektroner "kläms" genom grafenplanen, som är ogenomträngliga för små molekyler som vatten. Denna respons gör materialet mjukare och mycket lättare att komprimera.

Dr Yiwei Sun, huvudförfattare till studien från Queen Mary University of London, sa:"Vår tidigare studie visade att 2-D grafen och 3-D grafit har många av samma mekaniska egenskaper, så vi blev förvånade över att se att tvålagers grafen är mycket mjukare än båda dessa material. Vi tror att mjukheten hos tvåskiktsgrafen beror på att pi-elektroniska orbitaler "kläms" genom grafenlagren. Till exempel, om brödet på en hamburgare ersätts av en bagel är det ännu lättare att komprimera eftersom innehållet kan pressas ut ur bagelhålet."

Inse potential

Ofta hyllas som ett "undermaterial", grafen har den högsta kända termiska och elektriska ledningsförmågan och är starkare än stål, förutom att vara lätt, flexibel och transparent.

Det upptäcktes 2004 genom att skala bort grafenflingor från bulkgrafit (används i blyertspennor och smörjmedel) med hjälp av tejp.

Att stapla grafenflingorna ovanpå varandra ger fler möjligheter eftersom materialets extraordinära egenskaper bestäms av interaktioner mellan dess staplade lager. Dess unika egenskaper kan också finjusteras för olika applikationer genom att stapla andra 2D-material, såsom bornitrid och molybdendisulfid, till grafen.

Denna studie ger insikt i de komplexa interaktionerna mellan grafenbilager och möjliggör kvantifiering av dess egenskaper, vilket är avgörande för att utforska framtida tillämpningar av materialet i enheter som vertikala transistorer och trycksensorer.